JP2013542396A - Fluid heating device - Google Patents
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Abstract
流体の温度を上昇させる流体加熱装置1であって、熱を発生するヒータ発熱部10bと、流体を供給する流体供給源3に接続され、流体を内部に流通させてヒータ発熱部10bにより発生された熱と流体とを熱交換させる熱交換流路2と、を備え、熱交換流路2は、周方向に連通されるとともに流体入口20b〜23b及び該流体入口から周方向に半周離間した部位に設けられた流体連絡口20c〜23cを有する環状管20〜23が、隣接する環状管の流体入口が周方向に半周ずれるように層状に複数並設され、環状管の流体連絡口と隣接する環状管の流体入口とが1つの連通管30〜32で接続されており、ヒータ発熱部10bは、環状管20〜23それぞれの内部に収容されて配置される。 A fluid heating device 1 that raises the temperature of a fluid, and is connected to a heater heat generating part 10b that generates heat and a fluid supply source 3 that supplies the fluid, and is generated by the heater heat generating part 10b by circulating the fluid inside. A heat exchange flow path 2 for exchanging heat between the heat and the fluid, and the heat exchange flow path 2 is communicated in the circumferential direction and separated from the fluid inlets 20b to 23b and the fluid inlet by a half circumference in the circumferential direction. A plurality of annular pipes 20 to 23 having fluid communication ports 20c to 23c provided in the cylinder are juxtaposed in layers so that the fluid inlets of the adjacent annular pipes are displaced by a half circumference in the circumferential direction, and are adjacent to the fluid communication ports of the annular pipes. The fluid inlet of the annular pipe is connected by one communication pipe 30 to 32, and the heater heat generating portion 10b is accommodated and arranged in each of the annular pipes 20 to 23.
Description
本発明は、流体加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a fluid heating apparatus.
従来の流体加熱装置として、熱発生装置の熱を利用して浄水を加熱し蒸気を発生する蒸気式ボイラーが知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1記載の蒸気式ボイラーは、熱発生装置と、当該熱発生装置に並設され内部に浄水が供給される熱交換流路とを備えている。 As a conventional fluid heating device, a steam boiler that heats purified water by using heat of a heat generator and generates steam is known (for example, see Patent Document 1). The steam boiler described in Patent Document 1 includes a heat generation device and a heat exchange channel that is provided in parallel with the heat generation device and into which purified water is supplied.
この熱交換流路は、周方向に連通する複数の環状管が上下方向に並列に配置されて構成されている。環状管それぞれには、流入口及び流出口が周方向に互いにずれるように複数形成されている。また、環状管の流入口は、連通管によって他の環状管の流出口と連通されている。浄水は、並列配置された複数の環状管の最下層に位置する環状管に供給され、熱交換されながら連通管を通って上側の隣接する環状管に順次移動する。最終的に、過熱水蒸気が最上層に位置する環状管から放出される。 The heat exchange flow path is configured by arranging a plurality of annular tubes communicating in the circumferential direction in parallel in the vertical direction. In each annular tube, a plurality of inflow ports and outflow ports are formed so as to be displaced from each other in the circumferential direction. In addition, the inflow port of the annular tube is communicated with the outflow port of another annular tube by a communication tube. The purified water is supplied to the annular pipe located in the lowermost layer of the plurality of annular pipes arranged in parallel, and sequentially moves to the adjacent annular pipe on the upper side through the communication pipe while being subjected to heat exchange. Eventually, superheated steam is released from the annular tube located in the uppermost layer.
特許文献1に記載の流体加熱装置にあっては、熱発生装置により発生された熱を有効利用するためには、熱発生装置及び熱交換流路を、断熱機能を有する容器に収容する必要がある。このため、熱交換の効率性の向上と装置の小型化とを両立することが困難である。 In the fluid heating device described in Patent Document 1, in order to effectively use the heat generated by the heat generating device, it is necessary to accommodate the heat generating device and the heat exchange channel in a container having a heat insulating function. is there. For this reason, it is difficult to achieve both improvement in heat exchange efficiency and downsizing of the apparatus.
そこで、本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、熱交換の効率性向上を図ることができるとともに、装置の小型化を図ることが可能な流体加熱装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a technical problem, and is a fluid heating device capable of improving the efficiency of heat exchange and reducing the size of the device. The purpose is to provide.
すなわち、本発明に係る流体加熱装置は、流体の温度を上昇させる流体加熱装置であって、熱を発生する熱発生装置と、流体を供給する供給源に接続され、前記流体を内部に流通させて前記熱発生装置により発生された熱と前記流体とを熱交換させる熱交換流路と、を備え、前記熱交換流路は、周方向に連通されるとともに流体入口及び該流体入口から周方向に半周離間した部位に設けられた流体連絡口を有する環状管が、隣接する環状管の前記流体入口が周方向に半周ずれるように層状に複数並設され、前記環状管の前記流体連絡口と隣接する前記環状管の前記流体入口とが1つの連通管で接続されており、前記熱発生装置は、前記環状管それぞれの内部に収容されて配置されることを特徴として構成される。 That is, the fluid heating device according to the present invention is a fluid heating device that raises the temperature of the fluid, and is connected to a heat generation device that generates heat and a supply source that supplies the fluid, and causes the fluid to flow inside. A heat exchange flow path for exchanging heat between the heat generated by the heat generating device and the fluid, and the heat exchange flow path is communicated in the circumferential direction and is connected to the fluid inlet and the fluid inlet in the circumferential direction. A plurality of annular pipes having fluid communication ports provided at portions separated by a half circumference are arranged side by side in layers so that the fluid inlets of adjacent annular pipes are displaced by a half circumference in the circumferential direction, and the fluid communication ports of the annular pipes The fluid inlets of the adjacent annular pipes are connected by a single communication pipe, and the heat generating device is accommodated and arranged in each of the annular pipes.
本発明の流体加熱装置においては、熱交換流路の環状管内を流れる流体が、環状管内部それぞれに収容された熱発生装置と接触して加熱され温度上昇する。このように、熱発生装置を熱交換流路の内部に収容することで、流体と熱発生装置とを接触させて熱交換を効率的に行うことができる。また、熱発生装置を熱交換流路の内部に収容することで、熱発生装置の配置スペースを個別に設ける必要がなくなるとともに、熱発生装置及び熱交換流路を覆う断熱性の筐体を設ける必要がなくなるため、装置の小型化を図ることが可能となる。また、流体入口から流入した流体は、環状管内で分岐して流体連絡口に向かって約半周旋回し、合流して流体連絡口から連通管を通り隣接する環状管へ流入する。そして、隣接する環状管内に流入した流体は、環状管内で分岐して流体連絡口に向かって約半周旋回し、合流して流体連絡口から流出する。このように、環状管の流体入口が互い違いとなるように配置することで、装置の小型化を図りつつ流体の流通経路をできるだけ長く形成することができる。よって、小型化された装置で温度均一性に優れた流体を大量に生成することが可能となる。 In the fluid heating device of the present invention, the fluid flowing in the annular tube of the heat exchange flow path is heated in contact with the heat generating device accommodated in each of the annular tubes, and the temperature rises. Thus, by accommodating the heat generating device inside the heat exchange flow path, the fluid and the heat generating device can be brought into contact with each other to efficiently perform heat exchange. In addition, by accommodating the heat generating device inside the heat exchange channel, it is not necessary to provide a separate space for arranging the heat generating device, and a heat insulating housing that covers the heat generating device and the heat exchange channel is provided. Since it is not necessary, the apparatus can be reduced in size. In addition, the fluid flowing in from the fluid inlet branches in the annular pipe, turns about a half turn toward the fluid communication port, joins, and flows from the fluid communication port through the communication pipe to the adjacent annular pipe. Then, the fluid that has flowed into the adjacent annular pipe branches in the annular pipe, turns about half a circle toward the fluid communication port, joins, and flows out from the fluid communication port. In this way, by arranging the fluid inlets of the annular pipes to be staggered, it is possible to form the fluid flow path as long as possible while reducing the size of the apparatus. Therefore, it is possible to generate a large amount of fluid having excellent temperature uniformity with a miniaturized apparatus.
ここで、前記熱交換流路から流出される前記流体の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段により測定された温度を用いて前記熱発生装置により発生される熱量を制御する制御部とを備えてもよい。このように構成することで、例えばPID制御により所望の温度の流体を得ることができる。 Here, a temperature measuring unit that measures the temperature of the fluid flowing out from the heat exchange flow path, and a control unit that controls the amount of heat generated by the heat generating device using the temperature measured by the temperature measuring unit. And may be provided. With this configuration, a fluid having a desired temperature can be obtained by, for example, PID control.
また、前記熱交換流路は、前記供給源から供給される前記流体として、水蒸気を供給されてもよい。このように構成することで、浄水を供給される場合に比べて少ない熱量で所望の温度の過熱蒸気を得ることができる。 The heat exchange channel may be supplied with water vapor as the fluid supplied from the supply source. By comprising in this way, the superheated steam of desired temperature can be obtained with little calorie | heat amount compared with the case where purified water is supplied.
また、前記熱交換流路は、複数の前記環状管が重力方向に沿って重なるように配置されており、最下部に位置する前記環状管の前記流体入口から前記流体を流入し、最上部に位置する前記環状管の前記流体連絡口から前記流体を流出してもよい。このように構成することで、重力方向の最下部に位置する環状管から最上部に位置する環状管に向けて流体が順次移動するため、流体の温度の均一化を一層向上させることができるとともに、下側に位置する環状管からの排熱が上側に位置する環状管を加熱するため、装置全体として保温効果を奏する構成とすることが可能となる。このため、熱効率の向上を図ることができる。 Further, the heat exchange flow path is arranged so that a plurality of the annular tubes overlap in the direction of gravity, and the fluid flows in from the fluid inlet of the annular tube located at the lowermost portion, The fluid may flow out from the fluid communication port of the annular pipe located. By configuring in this way, the fluid sequentially moves from the annular tube located at the lowermost part in the direction of gravity toward the annular tube located at the uppermost part, so that the temperature uniformity of the fluid can be further improved. Since the exhaust heat from the annular tube positioned on the lower side heats the annular tube positioned on the upper side, the entire apparatus can be configured to exhibit a heat retaining effect. For this reason, it is possible to improve the thermal efficiency.
また、前記熱発生装置は、棒状を呈し、前記環状管の内部に周方向に間隔を空けて複数配置されており、前記流体入口及び前記流体連絡口は、前記間隔と対応する領域に形成されてもよい。このように構成することで、隣接する環状管への流体の移動が阻害されない範囲で、流体と熱発生装置とが接触しない無駄な部分を最小限とする構成を実現することができる。このため、装置の小型化を一層図ることが可能となるとともに、温度制御の応答性の向上を一層図ることができる。 Further, the heat generating device has a rod shape, and a plurality of the heat generating devices are arranged in the annular tube at intervals in the circumferential direction, and the fluid inlet and the fluid communication port are formed in a region corresponding to the interval. May be. By comprising in this way, the structure which minimizes the useless part which a fluid and a heat generating apparatus do not contact can be implement | achieved in the range which does not inhibit the movement of the fluid to an adjacent annular tube. For this reason, it is possible to further reduce the size of the apparatus and to further improve the responsiveness of the temperature control.
また、前記熱発生装置は、1つの前記環状管における前記流体入口と前記流体連絡口とを結ぶ線を基準に対象に配置されてもよい。このように構成することで、温度の均一性を一層向上させることができる。 The heat generating device may be arranged on the basis of a line connecting the fluid inlet and the fluid communication port in one annular pipe. By configuring in this way, temperature uniformity can be further improved.
また、前記熱交換流路の前記環状管は、矩形を呈するように構成されてもよい。また、前記熱発生装置は、直線状を呈する電気ヒータであり、前記環状管の端部から前記環状管内部へ挿入されてもよい。このように構成することで、簡易な構成で流体加熱装置を構成することができる。 Moreover, the said annular tube of the said heat exchange flow path may be comprised so that a rectangle may be exhibited. The heat generation device may be a linear electric heater, and may be inserted into the annular tube from an end of the annular tube. By comprising in this way, a fluid heating apparatus can be comprised with a simple structure.
さらに、1つの環状管及び当該環状管内部に配置される前記熱発生装置が1ユニットとして構成され、複数のユニットが層状に組み合わされる。このようにユニット単位で構成することができるので、用途に応じた層数の熱交換流路を容易に形成することができる。 Furthermore, one annular pipe and the heat generating device arranged inside the annular pipe are configured as one unit, and a plurality of units are combined in layers. Thus, since it can comprise by a unit unit, the heat exchange flow path of the number of layers according to a use can be formed easily.
本発明によれば、熱交換の効率性向上を図ることができるとともに、装置の小型化を図ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving the efficiency of heat exchange, it becomes possible to achieve size reduction of an apparatus.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the figure do not necessarily match those in the description.
本実施形態に係る流体加熱装置は、熱源からの熱を流体に与えて流体の温度を上昇させる流体加熱装置であって、例えば水蒸気を過熱する際に好適に採用されるものである。 The fluid heating apparatus according to the present embodiment is a fluid heating apparatus that raises the temperature of the fluid by applying heat from a heat source to the fluid, and is suitably employed when, for example, superheating water vapor.
最初に、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の構成概要を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る流体加熱装置の構成ブロック図である。図1に示すように、流体加熱装置1は、流体を内部に流通させて加熱する熱交換流路2を備えている。熱交換流路2の入力側は、流体供給源3に接続されており、流体供給源3から浄水又は蒸気等の流体が供給される。熱交換流路2の内部には、熱発生装置10が収容されており、流体と熱発生装置10とを接触させて熱交換可能に構成されている。熱交換流路2の出力側は、例えば過熱蒸気を利用する装置等に接続される。
First, the outline of the configuration of the fluid heating apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration block diagram of a fluid heating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fluid heating device 1 includes a heat
また、流体加熱装置1は、出力される流体の温度を調整する機能を有している。上記機能を実現するために、流体加熱装置1は、流体温度を検出可能な温度センサ(温度測定手段)12、及び熱発生装置10を制御可能な制御部11を備えている。温度センサ12は、流体加熱装置1の出力側の温度を検出する。温度センサ12として、例えば熱電対やサーミスタ等が用いられる。また、制御部11は、温度センサ12及び熱発生装置10に接続されており、温度センサ12の測定結果を用いて、熱発生装置10が発生する熱量を制御する機能を有している。
The fluid heating device 1 has a function of adjusting the temperature of the fluid that is output. In order to realize the above function, the fluid heating device 1 includes a temperature sensor (temperature measurement means) 12 that can detect the fluid temperature, and a
次に、上述した流体加熱装置1の個々の構成について詳細を説明する。図2は、本実施形態に係る流体加熱装置の斜視図、図3は、図2に示す流体加熱装置の正面図、図4は、図2に示す流体加熱装置の左側面図である。 Next, details of the individual configurations of the fluid heating device 1 described above will be described. 2 is a perspective view of the fluid heating apparatus according to the present embodiment, FIG. 3 is a front view of the fluid heating apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a left side view of the fluid heating apparatus shown in FIG.
図2〜4に示すように、流体加熱装置1の熱交換流路2は、円筒状の配管を格子状に接続して構成された環状管を複数有している。ここでは、一例として熱交換流路2が4つの環状管20〜23を有する場合を示している。この環状管20〜23は、直線状の配管を溶接により連結することで周方向に連通されている。例えば、2つの主配管を略平行に並設し、それらの主配管と略直交する一対の接続用配管とを内部連通させた状態で溶接し連結することで形成される。すなわち環状管20〜23は、矩形を呈し、主配管の両端部20a〜23aが環状管20〜23における端部とほぼ一致する構成とされている。環状管20〜23は、それぞれの大きさがほぼ同一とされている。そして環状管20,21,22,23の順に下から重力方向に沿って層状に重なるように並設されている。なお、配管は、例えばステンレスで形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the heat
最下部に位置する環状管20には、直線状の流入用配管40の一端部が環状管外側から連結されており、その連結部分に流体入口20bが形成されている。一方、流入用配管40の他端部40aは、流体供給源3との連結部として機能するようにフランジが設けられている。また、環状管20には、流体入口20bの対向する位置、すなわち、流体入口20bから周方向に半周離間した部位に、隣接する環状管21と連通する連通管30が重力方向(積層方向)に沿って連結されており、その連結部分に流体連絡口20cが形成されている。
One end of a
環状管20と隣接する環状管21には、連通管30との連結部分に流体入口21bが形成されている。また、環状管21には、流体入口21bの対向する位置、すなわち、流体入口21bから周方向に半周離間した部位に、隣接する環状管22と連通する連通管31が重力方向に沿って連結されており、その連結部分に流体連絡口21cが形成されている。
The
環状管21と隣接する環状管22には、連通管31との連結部分に流体入口22bが形成されている。また、環状管22には、流体入口22bの対向する位置、すなわち、流体入口22bから周方向に半周離間した部位に、隣接する環状管23と連通する連通管32が重力方向に沿って連結されており、その連結部分に流体連絡口22cが形成されている。
The
環状管22と隣接する環状管23には、連通管32との連結部分に流体入口23bが形成されている。また、環状管23には、流体入口23bの対向する位置、すなわち、流体入口23bから周方向に半周離間した部位に、直線状の流出用配管41の一端部が環状管外側から連結されており、その連結部分に流体連絡口23cが形成されている。なお、流出用配管41の他端部41aは、過熱蒸気を利用する装置との連結部として機能するようにフランジが設けられている。
The
このように、環状管20〜23それぞれは、互いに1つの連通管30〜32で接続されている。そして、環状管20〜23は、流体入口20b〜23b及び該流体入口20b〜23bから周方向に半周離間した部位に設けられた流体連絡口20c〜23cを有しており、隣接する環状管の流体入口が周方向に半周ずれるように層状に複数並設された構成とされている。また、最下部に位置する環状管20の流体入口20bから流体を流入し、最上部に位置する環状管23の流体連絡口23cから流体を流出可能に構成されている。
Thus, each of the
また、流入用配管40には、熱交換流路2内部で発生するドレン(排水)を取り出すための排水用配管44が設けられている。また、熱交換流路2へ供給される流体の温度を検出するための温度センサ12aが流入用配管40に設けられている。同様に、熱交換流路2から出力される流体の温度を検出するための温度センサ12bが流出用配管41に設けられている。
Further, the
次に、環状管20〜23の内部に配置される熱発生装置10について説明する。熱発生装置10は、抵抗加熱等により熱を発生する装置であって、ここでは電気ヒータが用いられる。電気ヒータ10は、端子部10aと棒状のヒータ発熱部10bとを備えている。電気ヒータ10のヒータ発熱部10bは、環状管20〜23の主配管の両端部20a〜23aの開口から主配管の延在方向に沿ってそれぞれ挿入されて、環状管20〜23の内部に収容される。また、環状管20〜23の主配管の両端部20a〜23aの開口は、電気ヒータ10の端子部10aを環状管外部に露出した状態で気密封止されている。なお、ここでは、1つの環状管に4本の電気ヒータ10のヒータ発熱部10bが挿入されている。すなわち熱交換流路2には、計16本の電気ヒータ10が配置されている。
Next, the
ヒータ発熱部10bの詳細な配置について説明する。なお、環状管20〜23におけるヒータ発熱部10bの配置は同様に行われるため、以下では説明理解の容易性を考慮して環状管22を例に説明する。図5は、環状管22における電気ヒータ10のヒータ発熱部10bの配置を説明する概要図である。図5に示すように、ヒータ発熱部10bは、環状管22の内部に周方向に間隔Lを空けて複数配置されている。この間隔Lは、例えば流体入口22bの直径もしくは流体連絡口22cの直径、又は連通管31の直径又は連通管32の直径とほぼ同一とされる。複数のヒータ発熱部10bは、流体の温度の均一性を向上させるべく環状管22内部で対称に配置される。例えば、ヒータ発熱部10bは、環状管22における流体入口22bと流体連絡口22cとを結ぶ線Xを基準に対象に配置される。そして、ヒータ発熱部10bは、他のヒータ発熱部10bとの間隔Lが流体入口22b又は流体連絡口22cと重力方向で重なるように配置される。すなわち、ヒータ発熱部10bは、流体入口22b及び流体連絡口22cと対応する領域(間隔Lと重力方向で重なる位置)には配置されず、当該領域を除く領域に配置されている。このため、流体入口22b及び流体連絡口22cは、間隔Lと対応する領域(間隔Lと重力方向で重なる領域)に形成されることとなる。
A detailed arrangement of the
次に、電気ヒータ10の制御部11について詳細を説明する。図6は、流体温度制御に関する構成を説明する構成ブロック図である。図6に示すように、電気ヒータ10は、ブレーカ14及びSSR(Solid State Relay)15を介して一次電源13に接続されている。SSR15は、制御部11に接続されており、制御部11から出力された制御信号に基づいて電流をONOFFするスイッチ機能を有している。すなわち、電気ヒータ10は、SSR15によって無断階で出力を制御する時間比例制御を実行可能に構成されている。また、制御部11は、ブレーカ14を介して一次電源13に接続されているとともに、SSR15のONOFFを出力信号によって制御可能に構成されている。制御部11は、目標温度となるようにPID制御する機能を有しており、熱交換流路2から出力される流体温度を検出する温度センサ12bの測定結果に基づいて、出力信号を設定する機能を有している。上記構成により、熱交換流路2から出力される流体の温度が温度センサ12bで検出されて制御部11に出力され、制御部11により目標温度となるようにPID制御されて出力信号がSSR15へ出力され、電気ヒータ15の発熱量が調整される。このように、熱交換流路2から出力される流体の温度は、目標温度となるように制御される。
Next, details of the
次に、熱交換流路2を流通する流体の流れを説明する。図7は、熱交換流路2の流体の流れを説明する概略図である。図7では、層状に並設された環状管20〜23を線分で概略化して示している。また、環状管20〜23における主配管の両端部20a〜23aを大きな黒丸、配管接合部を小さな黒丸で示している。また、流出用配管41に設けられた温度センサ12bについては白丸で示している。
Next, the flow of fluid flowing through the
図7に示すように、流体は、流体供給源3から流入用配管40を介して最下部に位置する環状管20へ供給される。流体入口20bから流入した流体は、分岐してそれぞれ環状管20の内部を流体連絡口20cに向かって略半周旋回する。その際、流体は、端部20aから環状管20内部にそれぞれ挿入されたヒータ発熱部10bと接触して加熱される。加熱された流体は、流体連絡口20cで合流し、連通管30を通って隣接する環状管21へ流入する。
As shown in FIG. 7, the fluid is supplied from the
流体入口21bから流入した流体は、分岐してそれぞれ環状管21の内部を流体連絡口21cに向かって略半周旋回する。その際、流体は、端部21aから環状管21内部にそれぞれ挿入されたヒータ発熱部10bと接触して加熱される。加熱された流体は、流体連絡口21cで合流し、連通管31を通って隣接する環状管22へ流入する。
The fluid that has flowed in from the
流体入口22bから流入した流体は、分岐してそれぞれ環状管22の内部を流体連絡口22cに向かって略半周旋回する。その際、流体は、端部22aから環状管22内部にそれぞれ挿入されたヒータ発熱部10bと接触して加熱される。加熱された流体は、流体連絡口22cで合流し、連通管32を通って隣接する環状管23へ流入する。
The fluid that has flowed in from the
流体入口23bから流入した流体は、分岐してそれぞれ環状管23の内部を流体連絡口23cに向かって略半周旋回する。その際、流体は、端部23aから環状管23内部にそれぞれ挿入されたヒータ発熱部10bと接触して加熱される。加熱された流体は、流体連絡口23cで合流し、流出用配管41を通って流出されるとともに、流出時の流体温度が温度センサ12bによって測定される。
The fluid that has flowed in from the
このように、本実施形態に係る流体加熱装置1では、熱交換流路2の環状管20〜23内を流れる流体が、環状管20〜23内部それぞれに収容されたヒータ発熱部10bと接触して加熱され温度上昇する。ヒータ発熱部10bを熱交換流路2の内部に収容することで、流体とヒータ発熱部10bとを直接接触させて熱交換を効率的に行うことができる。また、環状管20〜23内を流れる流体が、分流することで流体の温度のムラがなくなるため、流体の温度均一性を向上させることができる。さらに、流体が流体連絡口20c〜23c付近において合流するため、乱流によって流体の温度均一性が向上する。なお、流体供給源3から水蒸気が供給される場合には、浄水が供給される場合に比べて少ない熱量で所望の温度の過熱蒸気を得ることができる。また、ヒータ発熱部10bを熱交換流路2の内部に収容することで、ヒータ発熱部10bの配置スペースを個別に設ける必要がなくなるとともに、ヒータ発熱部10b及び熱交換流路2を覆う断熱性の筐体を設ける必要がなくなるため、装置の小型化を図ることが可能となる。また、環状管20〜23の流体入口20b〜23bが互い違いとなるように配置することで、装置の小型化を図りつつ流体の流通経路をできるだけ長く形成することができる。よって、小型化された装置で温度均一性に優れた流体を大量に生成することが可能となる。
As described above, in the fluid heating device 1 according to the present embodiment, the fluid flowing in the
また、本実施形態に係る流体加熱装置1では、熱交換流路2から流出される流体の温度を測定する温度センサ12bと、温度センサ12bにより測定された温度を用いてヒータ発熱部10bにより発生される熱量を制御する制御部11とを備えることで、PID制御及び時間比例制御により所望の温度の流体を得ることができる。
Further, in the fluid heating apparatus 1 according to the present embodiment, the
また、本実施形態に係る流体加熱装置1では、重力方向の最下部に位置する環状管20から最上部に位置する環状管23に向けて流体が順次移動するため、流体の温度の均一化を一層向上させることができるとともに、下側に位置する環状管からの排熱が上側に位置する環状管を加熱するため、装置全体として保温効果を奏する構成とすることが可能となる。このため、熱効率の向上を図ることができる。
Further, in the fluid heating apparatus 1 according to the present embodiment, since the fluid sequentially moves from the
また、本実施形態に係る流体加熱装置1では、ヒータ発熱部10bが環状管20〜23の内部に周方向に間隔Lを空けて配置されることにより、ヒータ発熱部10b同士が電気的に接触することを回避することができる。さらに、間隔Lと流体入口20b〜23b、流体連絡口20c〜23cとを積層方向からみて重なるようにヒータ発熱部10bを配置することができるので、隣接する環状管への流体の移動が阻害されない範囲で、流体とヒータ発熱部10bとが接触しない無駄な部分を最小限とする構成を実現することができる。このため、装置の小型化を一層図ることが可能となるとともに、温度制御の応答性の向上を一層図ることができる。
Moreover, in the fluid heating apparatus 1 according to the present embodiment, the heater
また、本実施形態に係る流体加熱装置1では、ヒータ発熱部10bが1つの環状管における流体入口と流体連絡口とを結ぶ線Xを基準に対象に配置されるため、温度の均一性を一層向上させることができる。
Further, in the fluid heating apparatus 1 according to the present embodiment, the heater
また、本実施形態に係る流体加熱装置1では、熱交換流路2内部で発生するドレンを取り出すための排水用配管44が最下部の環状管20に設けられているので、流体が環状管内部で液化した場合であっても容易に取り出すことができる。このため、メンテナンス性に優れた装置とすることができる。
Further, in the fluid heating device 1 according to the present embodiment, the
さらに、本実施形態に係る流体加熱装置1では、熱交換流路2の環状管20〜23が、直線状の配管を連結して形成されるとともに、ヒータ発熱部10bを環状管20〜23の端部から挿入して環状管20〜23内部に配置することができるため、特に複雑な工程を必要とせず簡易な組み立てで流体加熱装置1を製造することが可能となる。
Furthermore, in the fluid heating apparatus 1 according to the present embodiment, the
なお、上述した実施形態は本発明に係る流体加熱装置の一例を示すものである。本発明に係る流体加熱装置は、実施形態に係る流体加熱装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、各実施形態に係る流体加熱装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 In addition, embodiment mentioned above shows an example of the fluid heating apparatus which concerns on this invention. The fluid heating device according to the present invention is not limited to the fluid heating device according to the embodiment, and the fluid heating device according to each embodiment may be modified or otherwise changed without changing the gist described in each claim. It may be applied to the above.
例えば、上述した実施形態に係る流体加熱装置1において、熱交換流路2内の流体の流れを制御するために、流体制御部材を熱交換流路2内部に配置してもよい。以下では、流体制御部材の詳細を説明する。図8は、熱交換流路2に配置される流体制御部材50の斜視図である。図8に示すように、流体制御部材50は、略板状を呈し、主面が略半月状とされている。流体制御部材50の端部側は、環状管20〜23内部の形状に沿って湾曲される。流体制御部材50は、例えば環状管20〜23内部の流体連絡口20c〜23cと対応する位置に配置される。以下では説明理解の容易性を考慮して、環状管20に配置する場合を例に説明する。図9は、流体制御部材50の配置を説明する概要図である。図9に示すように、流体制御部材50は、環状管20の内部であって流体連絡口20cの下側に、その板幅方向が環状管20の延在方向と直交する向きとなるように立設される。このように流体制御部材50を設けることで、環状管20内部を旋回して合流した流体を、滑らかに連通管30へと移動させることができる。なお、流体制御部材50の主面の形状は、半月状に限られるものではなく、三日月状であってもよい。また、流体制御部材50は板状部材に限られず、環状管内部へ突出する部材であってもよい。図10〜図12を用いて、流体制御部材の他の例を説明する。図10は、熱交換流路2に配置される流体制御部材51の斜視図である。図10に示すように、流体制御部材51は、略錐状を呈し、例えば環状管20〜23内部の流体連絡口20c〜23cと対応する位置に配置される。以下では説明理解の容易性を考慮して、環状管20に配置する場合を例に説明する。図11は、流体制御部材51の配置を説明する概要図である。図11に示すように、流体制御部材51は、環状管20の内部であって流体連絡口20cの下側に、その先端部が流体連絡口20cへ向くように設けられる。このように流体制御部材51を設けることで、環状管20内部を旋回して合流した流体を、滑らかに連通管30へと移動させることができる。図12は流体制御部材の変形例の斜視図である。図12に示すように、流体制御部材52は、略円錐状を呈している。流体制御部材52の配置位置及びもたらした効果は上述の流体制御部材51と同様であり、重複説明を省略する。なお、上述の通り、滑らかな流体移動よりも流体温度の均一化を優先させる場合には、乱流の発生を優先させるべく流体制御部材は設けなくてもよい。
For example, in the fluid heating apparatus 1 according to the above-described embodiment, a fluid control member may be disposed inside the heat
また、上述した実施形態では、環状管20〜23の両端部20a〜23aの全てにヒータ発熱部10bを挿入する例を説明したが、全ての両端部20a〜23aにヒータ発熱部10bを挿入しなくてもよい。
Moreover, although embodiment mentioned above demonstrated the example which inserts the heater
また、上述した実施形態では、熱交換流路2の出力側の温度を測定する温度センサ12bの結果を用いて電気ヒータ10の発熱量を制御する例を説明したが、さらに熱交換流路2の入口側の温度を測定する温度センサ12aの結果を用いて電気ヒータ10の発熱量を制御する場合であってもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the heat generation amount of the
また、上述した実施形態では、環状管20〜23が直線状の配管からなり、矩形を呈する例を説明したが、例えば湾曲した配管からなり、円形を呈する場合であってもよい。また、上述した実施形態では、環状管20〜23が略同一の大きさで構成される例を説明したが、異なる大きさの環状管で構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
さらに、上述した実施形態において、1つの環状管を1ユニットとして構成し、当該ユニットを層状に組み合わせて熱交換流路2を構成してもよい。このとき、1つの環状管及び当該環状管に挿入される電気ヒータ10を1ユニットとして構成してもよい。このように構成することで、用途に応じた層数を有する流体加熱装置1を容易に形成することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, one annular pipe may be configured as one unit, and the heat
1…流体加熱装置、2…熱交換流路、3…流体供給源、10…電気ヒータ(熱発生装置)、10a…端子部、10b…ヒータ発熱部、11…制御部、12,12a,12b…温度センサ、20〜23…環状管、20b〜23b…流体入口、20c〜23c…流体連絡口、30〜32…連通管、L…間隔。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluid heating apparatus, 2 ... Heat exchange flow path, 3 ... Fluid supply source, 10 ... Electric heater (heat generating apparatus), 10a ... Terminal part, 10b ... Heater heating part, 11 ... Control part, 12, 12a, 12b ... Temperature sensor, 20-23 ... annular pipe, 20b-23b ... fluid inlet, 20c-23c ... fluid communication port, 30-32 ... communication pipe, L ... interval.
Claims (9)
熱を発生する熱発生装置と、
前記流体を供給する供給源に接続され、前記流体を内部に流通させて前記熱発生装置により発生された熱と前記流体とを熱交換させる熱交換流路と、
を備え、
前記熱交換流路は、周方向に連通されるとともに流体入口及び該流体入口から周方向に半周離間した部位に設けられた流体連絡口を有する環状管が、隣接する環状管の前記流体入口が周方向に半周ずれるように層状に複数並設され、前記環状管の前記流体連絡口と隣接する前記環状管の前記流体入口とが1つの連通管で接続されており、
前記熱発生装置は、前記環状管それぞれの内部に収容されて配置されること、
を特徴とする流体加熱装置。 A fluid heating device for increasing the temperature of a fluid,
A heat generator for generating heat;
A heat exchange flow path connected to a supply source for supplying the fluid and causing the fluid to flow through the fluid to exchange heat between the heat generated by the heat generation device and the fluid;
With
The heat exchange channel is connected in the circumferential direction, and an annular pipe having a fluid inlet and a fluid communication port provided in a part circumferentially separated from the fluid inlet in the circumferential direction includes the fluid inlet of an adjacent annular pipe. A plurality of layers are arranged side by side so as to be shifted by a half circumference in the circumferential direction, and the fluid communication port of the annular tube and the fluid inlet of the annular tube adjacent to each other are connected by one communication tube,
The heat generating device is housed and arranged in each of the annular tubes;
A fluid heating device.
前記温度測定手段により測定された温度を用いて前記熱発生装置により発生される熱量を制御する制御部と、
を備える請求項1に記載の流体加熱装置。 Temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid flowing out of the heat exchange channel;
A controller that controls the amount of heat generated by the heat generating device using the temperature measured by the temperature measuring means;
A fluid heating device according to claim 1.
前記流体入口及び前記流体連絡口は、前記間隔と対応する領域に形成される請求項1〜4の何れか一項に記載の流体加熱装置。 The heat generation device has a rod shape, and a plurality of the heat generation devices are arranged at intervals in the circumferential direction inside the annular tube,
The fluid heating device according to claim 1, wherein the fluid inlet and the fluid communication port are formed in a region corresponding to the interval.
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